grafeenioksidi – Ultraäänikuorinta ja dispersio
Ultraäänikuorinta on laajalti käytetty tekniikka grafeenioksidin tuottamiseksi hajottamalla grafiittioksidi ohuiksi, yhden tai muutaman kerroksen grafeenilevyiksi. Hielscher-sonikaattorit luovat voimakasta akustista kavitaatiota, jossa energiatiheät ultraääniaallot tuottavat korkean energian mikrokuplia nestemäisessä väliaineessa. Nämä romahtavat kuplat luovat leikkausvoimia, jotka erottavat grafiittioksidikerrokset ja kuorivat ne tehokkaasti grafeenioksidinanolevyiksi. Hyödynnä korkean suorituskyvyn ultraääniä tuodaksesi grafeenioksidipohjaisen sovelluksesi seuraavalle tasolle!
Grafeenioksidin ultraäänikuorinta
Grafeenioksidi on vesiliukoinen, amfifiilinen, myrkytön, biohajoava ja se voidaan helposti dispergoida stabiileiksi kolloideiksi. Ultraäänikuorinta ja dispersio on erittäin tehokas, nopea ja kustannustehokas menetelmä grafeenioksidin syntetisoimiseksi, hajottamiseksi ja funktionalisoimiseksi teollisessa mittakaavassa. Jatkokäsittelyssä ultraäänidispergointilaitteet tuottavat korkean suorituskyvyn grafeenioksidipolymeerikomposiitteja.
Ultraäänikuorinnan edut
Ultraäänikuorinta tarjoaa useita etuja, kuten yksinkertaisuuden, skaalautuvuuden ja ympäristöystävällisyyden, koska se ei yleensä vaadi kovia kemikaaleja tai monimutkaista käsittelyä. Lisäksi se mahdollistaa grafeenioksidinanoarkkien koon ja paksuuden tarkan hallinnan, mikä on ratkaisevan tärkeää niiden ominaisuuksien virittämiseksi eri sovelluksissa.
Teollinen sonicator UIP16000hdT grafeenioksidin kuorintaan suurella läpäisykyvyllä
Protokolla: Grafeenioksidin ultraäänikuorinta
Grafeenioksidin (GO) nanoarkkien koon hallitsemiseksi kuorintamenetelmällä on keskeinen tekijä. Tarkasti hallittavien prosessiparametriensa ansiosta ultraäänikuorinta on yleisimmin käytetty delaminointitekniikka korkealaatuisen grafeenin ja grafeenioksidin tuottamiseksi.
Grafeenioksidin ultraäänikuorintaan grafiittioksidista on saatavilla erilaisia protokollia. Etsi esimerkillinen protokolla ultraäänigrafeenioksidin kuorintaan alla:
Grafiittioksidijauhe sekoitetaan vesipitoiseen KOH: hon, jonka pH-arvo on 10. Kuorintaan ja sitä seuraavaan dispersioon käytetään koetintyyppistä ultraäänilaitetta UP200St (200W). Sen jälkeen K + -ionit kiinnitetään grafeenin tyvitasolle ikääntymisprosessin aikaansaamiseksi. Ikääntyminen saavutetaan pyörivässä haihdutuksessa (2 h). Liiallisten K + -ionien poistamiseksi jauhe pestään ja sentrifugoidaan useita kertoja.
Saatu seos sentrifugoidaan ja kylmäkuivataan siten, että dispergoituva grafeenioksidijauhe saostuu.
Johtavan grafeenioksidipastan valmistus: Grafeenioksidijauhe voidaan dispergoida dimetyyliformamidiin (DMF) sonikaatiossa johtavan tahnan tuottamiseksi. (Han et ai.2014)
Ultraäänigrafeenioksidin kuorinnan mekanismi
(Kuva: Potts et al. 2011)
Grafeenioksidin ultraäänifunktionalisointi
Sonikaatiota käytetään menestyksekkäästi grafeenioksidin (GO) sisällyttämiseen polymeereihin ja komposiitteihin.
Esimerkkejä:
- grafeenioksidi-TiO2-mikropallokomposiitti
- polystyreeni-magnetiitti-grafeenioksidikomposiitti (ydin-kuorirakenteinen)
- polystyreenipelkistetyt grafeenioksidikomposiitit
- polyaniliininanokuitupäällysteinen polystyreeni/grafeenioksidi (PANI-PS/GO) -ydinkuorikomposiitti
- polystyreeni-interkaloitu grafeenioksidi
- P-fenyleenidiamiini-4vinyylibentseeni-polystyreenimodifioitu grafeenioksidi
Ultraäänilaite UP400St grafeenin nanoverihiutaleiden dispersioiden valmistukseen
Ultraäänikuorinnalla tuotetun grafeenioksidin sovellukset
Ultraäänikuorinnalla tuotetulla grafeenioksidilla on laajat sovellukset eri aloilla. Elektroniikassa sitä käytetään joustavissa johtavissa kalvoissa ja antureissa; Energian varastoinnissa se parantaa paristojen ja superkondensaattoreiden suorituskykyä. Grafeenioksidin antibakteeriset ominaisuudet tekevät siitä arvokkaan biolääketieteellisissä sovelluksissa, kun taas sen suuri pinta-ala ja funktionaaliset ryhmät ovat edullisia katalyysissä ja ympäristön kunnostamisessa. Kaiken kaikkiaan ultraäänikuorinta helpottaa korkealaatuisen grafeenioksidin tehokasta tuotantoa käytettäväksi huipputeknologiassa.
Sonikaattorit grafeenin ja grafeenioksidin käsittelyyn
Hielscher Ultrasonics tarjoaa suuritehoisia ultraäänijärjestelmiä grafeenin ja grafeenioksidin kuorintaan, dispergointiin ja käsittelyyn. Luotettavat ultraääniprosessorit ja hienostuneet reaktorit tarjoavat tarkan ohjauksen, mikä mahdollistaa ultraääniprosessien virittämisen haluttuihin tavoitteisiin.
Yksi ratkaiseva parametri on ultraääniamplitudi, joka määrittää ultraäänianturin värähtelyn laajenemisen ja supistumisen. Hielscherin teolliset ultraäänilaitteet tuottavat suuria amplitudit, jopa 200 μm, jatkuvasti käynnissä 24/7 toiminnassa. Vielä suuremmille amplitudille on saatavana räätälöityjä ultraääniantureita. Kaikki prosessorit voidaan säätää tarkasti prosessiolosuhteisiin ja valvoa sisäänrakennetun ohjelmiston avulla, mikä takaa luotettavuuden, tasaisen laadun ja toistettavat tulokset.
Hielscher-sonikaattorit ovat vankkoja ja voivat toimia jatkuvasti raskaissa ympäristöissä, mikä tekee sonikaatiosta edullisen tuotantoteknologian laajamittaiseen grafeenin, grafeenioksidin ja grafiittimateriaalin valmistukseen.
Laaja tuotevalikoima ultraäänilaitteita ja lisävarusteita, mukaan lukien sonotrodit ja reaktorit, joilla on eri kokoja ja geometrioita, mahdollistaa optimaalisten reaktio-olosuhteiden ja tekijöiden, kuten reagenssien, ultraäänienergian syötön, paineen, lämpötilan ja virtausnopeuden, valinnan korkeimman laadun saavuttamiseksi. Hielscherin ultraäänireaktorit voivat jopa paineistaa jopa useita satoja bargeja, mikä mahdollistaa erittäin viskoosisten tahnojen sonikoinnin viskositeetilla yli 250 000 senttimetriä.
Ultraäänidelaminaatio ja kuorinta ylittävät tavanomaiset tekniikat näiden tekijöiden vuoksi.
- suuri teho
- suuret leikkausvoimat
- sovellettavat korkeat paineet
- tarkka ohjaus
- saumaton skaalautuvuus (lineaarinen)
- erä ja jatkuva
- Toistettavat tulokset
- luotettavuus
- rotevuus
- Korkea energiatehokkuus
Ultraäänijärjestelmä grafeenioksidin kuorintaan
Jos haluat lisätietoja ultraäänigrafeenin synteesistä, dispersiosta ja funktionalisoinnista, napsauta tätä:
- Grafeenin tuotanto
- Grafeenin nanoverihiutaleet
- Vesipohjainen grafeenin kuorinta
- Veteen dispergoituva grafeeni
- grafeenioksidi
- Xenes
Faktoja, jotka kannattaa tietää
Ultraääni ja kavitaatio: Miten grafiitti kuoritaan grafeenioksidiksi sonikaatiolla?
Grafiittioksidin (GrO) ultraäänikuorinta perustuu akustisen kavitaation aiheuttamaan suureen leikkausvoimaan. Akustinen kavitaatio johtuu vuorottelevista korkean paineen / matalan paineen sykleistä, jotka syntyvät voimakkaiden ultraääniaaltojen kytkemisestä nesteeseen. Matalapainesyklien aikana esiintyy hyvin pieniä tyhjiöitä tai tyhjiökuplia, jotka kasvavat vuorotellen matalapainesyklien aikana. Kun tyhjiökuplat saavuttavat koon, jossa ne eivät pysty absorboimaan enemmän energiaa, ne romahtavat voimakkaasti korkean paineen aikana. Kuplan luhistuminen johtaa kavitaatioleikkausvoimiin ja jännitysaaltoihin, äärimmäiseen lämpötilaan jopa 6000K, äärimmäisiin jäähdytysnopeuksiin yli 1010K / s, erittäin korkeat paineet jopa 2000atm, äärimmäiset paine-erot sekä nestemäiset suihkut, joiden nopeus on jopa 1000 km / h (∼280m / s).
Nämä voimakkaat voimat vaikuttavat grafiittipinoihin, jotka delaminoidaan yhden tai muutaman kerroksen grafeenioksidiksi ja koskemattomiksi grafeenin nanosheeteiksi.
Mikä on grafeenioksidi?
Grafeenioksidi (GO) syntetisoidaan kuorimalla grafiittioksidia (GrO). Vaikka grafiittioksidi on 3D-materiaali, joka koostuu miljoonista grafeenikerroksikerroksista, joissa on interkaloituja happea, grafeenioksidi on yksi- tai muutaman kerroksen grafeeni, joka hapetetaan molemmilta puolilta.
Grafeenioksidi ja grafeeni eroavat toisistaan seuraavissa ominaisuuksissa: grafeenioksidi on polaarinen, kun taas grafeeni on ei-polaarinen. Grafeenioksidi on hydrofiilinen, kun taas grafeeni on hydrofobinen.
Tämä tarkoittaa, että grafeenioksidi on vesiliukoinen, amfifiilinen, myrkytön, biohajoava ja muodostaa stabiileja kolloidisia suspensioita. Grafeenioksidin pinta sisältää epoksi-, hydroksyyli- ja karboksyyliryhmiä, jotka ovat käytettävissä vuorovaikutuksessa kationien ja anionien kanssa. Ainutlaatuisen orgaanisen ja epäorgaanisen hybridirakenteensa ja poikkeuksellisten ominaisuuksiensa ansiosta GO-polymeerikomposiitit tarjoavat suuren potentiaalin moninaisiin teollisiin sovelluksiin. (Tolasz ym. 2014)
Mikä on vähentynyt grafeenioksidi?
Pelkistetty grafeenioksidi (rGO) tuotetaan grafeenioksidin ultraääni-, kemiallisella tai lämpöpelkistimellä. Pelkistysvaiheen aikana suurin osa grafeenioksidin happitoiminnoista poistetaan siten, että tuloksena olevalla pelkistetyllä grafeenioksidilla (rGO) on hyvin samanlaiset ominaisuudet kuin koskemattomalla grafeenilla. Pelkistetty grafeenioksidi (rGO) ei kuitenkaan ole virheetön ja koskematon kuin puhdas grafeeni.
Kirjallisuus/viitteet
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.